W pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system do testowania funkcji wielopoznawczych i rejestrowania aktywności neuronalnej u gryzoni

Summary

W tym raporcie prezentujemy w pełni zautomatyzowany i wysoce wszechstronny system, zdolny do jednoczesnego testowania zachowań wielopoznawczych i rejestrowania aktywności neuronalnej u gryzoni.

Abstract

Opracowaliśmy w pełni zautomatyzowany system do testowania zachowań instrumentalnych i rejestrowania aktywności neuronalnej, dzięki któremu można badać wiele funkcji poznawczych mózgu w jednej sekwencji zadań. Unikalną cechą tego systemu jest wykonana na zamówienie, akustycznie przezroczysta komora, która eliminuje wiele problemów związanych z kontrolą sygnałów słuchowych w większości dostępnych na rynku komór. Łatwość, z jaką można dodawać lub wymieniać urządzenia operacyjne, sprawia, że system ten jest dość wszechstronny, pozwalając na realizację różnorodnych zadań słuchowych, wzrokowych i węchowych. Automatyzacja systemu pozwala na precyzyjną kontrolę czasową (10 ms) i precyzyjne oznaczanie czasowe każdego zdarzenia we wcześniej zaprojektowanej sekwencji behawioralnej. W połączeniu z wielokanałowym systemem rejestracji elektrofizjologii, wiele funkcji poznawczych mózgu, takich jak motywacja, uwaga, podejmowanie decyzji, cierpliwość i nagrody, może być badanych sekwencyjnie lub niezależnie.

Protocol

Przegląd systemu

System składa się z trzech głównych elementów: (1) dwuściennego pomieszczenia dźwiękoszczelnego (Industrial Acoustical Company, Bronx, Nowy Jork); (2) wielokanałowy system zapisu elektrofizjologicznego (Neuralynx, Bozeman, MT); oraz (3) w pełni zautomatyzowany, dostosowany do potrzeb klienta system testów behawioralnych firmy Med Associates Inc. (St. Albans, VT).

Jak pokazano na rysunku 1A, komora operacyjna znajduje się wewnątrz dźwiękoszczelnego pomieszczenia. Nad komorą operacyjną zamontowany jest komutator (Model SL-36, Dragonfly Research and Development, Inc., Ridgeley, Wirginia Zachodnia) do podłączenia od sceny głównej do elektrofizjologicznego systemu rejestracji (Rysunek 1A-a) oraz kamera wideo do monitorowania i rejestrowania zachowań zwierząt (Rysunek 1A-b).

Specjalnie zaprojektowana komora operacyjna

Specjalnie zaprojektowana, akustycznie przezroczysta komora operacyjna (Rysunek1A-d) składa się z trzech akustycznie przezroczystych ścian i jednego modułowego panelu operacyjnego (Rysunek 1B). Trzy głośniki (Cage Tweeter, ENV_224BM, Med Associates) zamontowane na górze środkowego oraz dwa boczne panele służą do emitowania sygnałów słuchowych. Sygnały słuchowe są generowane przez skalibrowany, programowalny generator audio (ANL-926). Światło stymulujące (ENV_221M) i dwa wyświetlacze LED z potrójnym bodźcem (ENV_222M) znajdują się odpowiednio na środkowym i bocznym panelu. Te światła bodźcowe mogą być używane do słuchowo-wizualnych wielozmysłowych testów behawioralnych. Urządzenie do szturchania nosa z trzema kolorowymi diodami LED (ENV_114M) jest zamontowane w dolnej części środkowego panelu. Detektor podczerwieni zainstalowany w jednostce szturchającej nos służy do sygnalizowania szturchania nosa i okresu trzymania. Diody LED w jednostce do szturchania nosa mogą być używane do treningu trzymania nosa wewnątrz otworu. Ruchoma dźwignia reagowania (ENV_112CM) jest zamontowana po obu stronach panelu operacyjnego. Ruchomość tych dźwigni pozwala na elastyczną kontrolę obecności dźwigni, co może być skutecznie wykorzystane zarówno do początkowego treningu zadań, jak i do badania kilku ważnych funkcji poznawczych mózgu (patrz poniżej). Na dnie komory umieszczono cztery pary źródeł wiązki podczerwieni i detektorów (EVN_253SD) sterowanych przez czterokanałowy kontroler podczerwieni (ENV_253), które zarówno wskazują pozycje zwierzęcia, jak i sterują innymi urządzeniami w oparciu o pozycję zwierzęcia (rysunek 1A-e). Dwa dozowniki pelletu, każdy z wbudowanym wartownikiem na podczerwień (ENV_203M-45IR) służą do dozowania nagród do pojemników na pelety (Rysunek 1A-c). Wartownik na podczerwień służy do monitorowania awarii dozownika pelletu i dostarczania sygnałów ostrzegawczych.

Konfiguracja systemu

Przegląd połączeń systemowych i komponentów sprzętowych jest zilustrowany na rysunku 2. Funkcjonalnie istnieją dwa równoległe, interaktywne podsystemy: jeden do treningu behawioralnego, a drugi do rejestracji elektrofizjologicznej. Oba podsystemy są zsynchronizowane za pośrednictwem platformy oprogramowania MED-PC IV (SOF-735). Komputer wysyła polecenia do urządzeń behawioralnych i impulsy TTL do neuronowego systemu rejestracji (przepływy sygnałów oznaczone czerwonymi strzałkami na rysunku 2) i odbiera sygnały generowane przez reakcje zwierzęcia i działania neuronalne (przepływy sygnałów oznaczone odpowiednio zieloną i niebieską strzałką na rysunku 2). Te równoległe, interaktywne systemy umożliwiają rejestrowanie zsynchronizowanych danych behawioralnych/neuronalnych i umożliwiają manipulowanie zachowaniem zwierząt w oparciu o aktywność neuronalną lub odwrotnie.

Podsystem treningu zachowania Panel połączeń SmartCtrl (SG-716B) służy jako dwukierunkowy panel komunikacyjny: tj. wysyła sygnały sterujące (czerwona strzałka na rysunku 2) z komputera do urządzeń behawioralnych (wymienionych w czerwonej ramce) i przesyła sygnały odpowiedzi zwierzęcia (zielona strzałka na rysunku 2)) z powrotem do komputera. Wyjścia czterokanałowego kontrolera IR (ENV_253) są również kierowane do panelu połączeń. Karta interfejsu (karta interfejsu SmartCtrl, DIG-716B) i karta dekodująca (DIG-700F) przesyłają sygnały z panelu połączeń do karty PCI (DIG-704PCI) zainstalowanej w komputerze. Sygnały słuchowe są generowane przez Generator Bodźców (ANL-926), który jest również kontrolowany przez oprogramowanie MED-PC IV za pośrednictwem karty dekodującej (DIG-700F). Jak pokazano na rysunku 2, wszystkie karty interfejsu są hostowane w stołowej szafie interfejsu (SG-6080D). Ta szafka dostarcza również zasilanie dla wszystkich urządzeń behawioralnych.

Podsystem zapisu elektrofizjologicznego Sygnały odpowiedzi zwierząt odbierane przez komputer są natychmiast wysyłane do systemu rejestracji neuronowej za pośrednictwem karty SuperPort TTL (DIG-726) i modułu Cheetah Digital Interface Box (Neuralynx, Bozeman, MT) (Rysunek 2). Te zdarzenia zachowania są oznaczane znacznikiem czasu i rejestrowane jednocześnie z działaniami neuronalnymi. Impulsy neuronalne wykryte online przez system rejestracji Neuralynx mogą być wykorzystywane jako sygnały wejściowe do podsystemu kontroli behawioralnej w celu manipulowania lub ingerowania w zachowanie zwierzęcia. I odwrotnie, sygnały odpowiedzi zwierzęcia mogą być wykorzystywane jako wyzwalacze do manipulowania lub zakłócania aktywności neuronalnej w połączeniu z technikami stymulacji elektrycznej lub optogenetycznej. Podejścia te będą cenne dla wyjaśnienia związków przyczynowo-skutkowych między aktywnością neuronalną a zachowaniami.

Programowanie i przetwarzanie danych Programy kontroli behawioralnej są napisane za pomocą oprogramowania Trans IV (Thomas A. Tatham i MED Associates) i skompilowane za pomocą kompilatora Pascala. Automatyzacja każdego kroku szkolenia realizowana jest poprzez wczytanie programu Trans IV do oprogramowania MED-PC IV. Parametry treningu mogą być również dostosowywane online przez trenerów podczas pracy oprogramowania MED-PC IV. Kody Trans IV muszą być specyficzne zarówno dla konfiguracji systemu, jak i zadania behawioralnego. Standardowe programy szkoleniowe są jednak dostępne bezpłatnie w MED Associates i mogą być modyfikowane w celu spełnienia specyficznych potrzeb poszczególnych laboratoriów. Programy treningowe stosowane w naszych konfiguracjach są również dostępne bezpłatnie na życzenie.

Dane behawioralne są zapisywane automatycznie przez oprogramowanie MED-PC IV. Zapisane dane można przetłumaczyć na pliki Microsoft Excel za pomocą programu MED-PC To Excel (MPC2XL, Thomas A. Tatham i MED Associates). Przetłumaczone pliki Excela można następnie zaimportować i przeanalizować w środowisku MATLAB (MathWorks, Natick, MA). Dane neuronowe wraz ze znacznikami czasu zdarzeń behawioralnych zarejestrowanymi za pomocą oprogramowania Cheetah (Cheetah 5, Neuralynx, Bozeman, MT) można również zaimportować do MATLAB w celu analizy.

Trening

Aby zilustrować działanie tego systemu, opisujemy tutaj Zadanie Dyskryminacji Wysokości Dźwięku Dwóch Alternatywnych Wyborów, mające na celu zbadanie progu dyskryminacji częstotliwości u szczura. Schematyczną ilustrację zadania przedstawiono na rysunku 3.

1. Trening wstępny

1. Zacznij od naiwnego dorosłego samca, Sprague-Dawley, szczurów, w wieku ~60 dni.
2. Przed treningiem ogranicz przyjmowanie pokarmu do momentu, gdy waga zwierzęcia osiągnie ~90% wyjściowej masy ad libidum.

2. Aklimatyzacja w klatce

1. Aby przygotować komorę do aklimatyzacji, należy schować dźwignie i zablokować otwór na nos gumowym korkiem (wykonanym z tłoka strzykawki o pojemności 60 cm3), aby zapobiec aktywacji urządzenia do szturchania nosa przez zwierzę.
2. Umieść ~ 20 w pełni odżywczych granulek (45 mg, Produkt # F0021, BioServ, Frenchtown, NJ) w każdym pojemniku na granulki (kubku na żywność).
3. Umieść naiwne zwierzę w komorze w celu aklimatyzacji. Szczur wkrótce zacznie eksplorować kubki z jedzeniem i jeść granulki.
4. Gdy oba kubki na żywność są puste, użyj sterownika oprogramowania, aby dozować pojedynczy granul do każdej tacy. W ten sposób szczur nauczy się kojarzyć jedzenie z kubkiem.
5. Zmuś szczura do przemieszczenia się na obie strony komory, dozując losowo granulki do każdego kubka z jedzeniem. Jedna 30-minutowa sesja zwykle wystarcza do założenia stowarzyszenia z kubkiem żywności. Podczas jednej 30-minutowej sesji szczur zwykle uzyskuje 200 - 300 granulek, które wystarczają do utrzymania masy ciała na stałym poziomie ~90% wartości wyjściowej.

3. Trening pchania dźwignią

1. W nowej sesji wysuń obie dźwignie do komory i pozostaw pusty kubek na żywność.
2. Następnie umieść zaaklimatyzowanego szczura w komorze. Gdy zwierzę znajdzie się w pobliżu dźwigni, należy ręcznie dozować granulkę za pomocą oprogramowania Med-PC IV. Zapewnij również nagrody, gdy szczur wykaże zainteresowanie dźwignią, na przykład wąchanie, dotykanie lub wspinanie się. Przypadkowe naciśnięcie dźwigni powinno również automatycznie uruchomić nagrodę przez program.
3. Aby zachęcić do pchania dźwigni i wymusić eksplorację obu dźwigni, pozwól zwierzęciu popchnąć każdą dźwignię kolejno ograniczoną liczbę razy. Po osiągnięciu limitu cofnij dźwignię. Gdy obie dźwignie się schowają, wysuń je, aby powtórzyć procedurę.
4. Stopniowo zmniejszaj limit, aż dźwignia będzie się cofać za każdym razem, gdy zostanie popchnięta. Jedna do dwóch 30-minutowych sesji zwykle wystarcza do ustalenia skojarzenia między pchnięciem dźwigni a nagrodą w postaci jedzenia.

4. Trening szturchania nosa

1. W nowej sesji cofnij dźwignie i wyjmij gumowy korek z szturchacza nosa. Umieść kilka granulek w szturchaczu nosa, aby zachęcić szczura do zainteresowania się badaniem urządzenia do szturchania nosa.
2. Ponownie wprowadź zwierzę do komory. Wysuń losowo jedną z dwóch dźwigni, gdy szczur wywęszy otwór na nos w poszukiwaniu granulek jedzenia.
3. Widząc wysuniętą dźwignię, szczur zbliży się i popchnie dźwignię, aby uzyskać granulkę jedzenia. Po naciśnięciu dźwigni i wydaniu nagrody cofnij dźwignię, aby zachęcić szczura do zbadania urządzenia do szturchania nosa. Zwykle zajmuje to około 20 do 30 minut, aby nauczyć się sekwencji zadań: Szturchanie nosa →Przedłużenie dźwigni→Naciśnięcie dźwigni→Nagrody.

5. Trening kija

1. W nowej sesji odtwórz sygnały dźwiękowe po zdarzeniu szturchnięcia nosem z krótkim opóźnieniem (od 100 do 250 ms). Wysuń krótko lewą i prawą dźwignię (100 ms) po każdej prezentacji sygnału słuchowego.
2. Nagradzaj szczura tylko wtedy, gdy naciśnie dźwignię wskazywaną przez sygnał dźwiękowy. Zwierzę stopniowo nauczy się kojarzyć konkretną wskazówkę słuchową z jedną dźwignią. Zwierzę może następnie rozpocząć nową próbę z sekwencją: Szturchanie nosem → Naciśnięcie → Dźwignia→Nagroda/Brak nagrody (Rysunek 3). Ze względu na wysoki odsetek fałszywych wyników w początkowych sesjach uczenia się, należy podawać dodatkowe pożywienie, aby utrzymać masę ciała po każdej sesji treningowej.
3. W ciągu następnych kilku 30-minutowych sesji pozwól szczurowi ćwiczyć nowo wyuczone zadanie, aż do osiągnięcia stałego poziomu wydajności (patrz Rysunek 3A dla typowej krzywej uczenia się). Po opanowaniu zadania szczur może uzyskać około 200 - 300 granulek w każdej 30-minutowej sesji, które wystarczają do utrzymania masy ciała.

6. Reprezentatywne wyniki

Zgodnie z powyższym protokołem, wyszkoliliśmy szczury do rozpoznawania dwóch różnych wzorców ciągów impulsów czystych tonów, składających się z sześciu pipsów tonów o tej samej częstotliwości (F,F,F,F,F), albo o różnych częstotliwościach (F, F-ΔF, F, F-ΔF, F, F-ΔF) ^1-5. Każdy pips tonu trwa 200 ms, a interwał pipsa tonu wynosi 400 ms. W niniejszym badaniu F ustalono na 10 kHz, a ΔF wahało się od 1 do 50% F (ryc. 3, góra). Zazwyczaj ΔF był ustawiany na stosunkowo dużą wartość podczas sesji treningowych: 5 kHz, 4 kHz, 3 kHz, 2 kHz i 1 kHz, aby ułatwić trening. Każdy ciąg impulsów czystego tonu o innej wartości ΔF był prezentowany losowo w danej sesji.

Zadanie dyskryminacji ze względu na wysokość dźwięku z dwóch alternatywnych wyborów jest zilustrowane na rysunku 3. Szczury zostały przeszkolone, aby wsadzić nos do otworu nosowego (Ryc. 1B i Ryc. 3, na dole), aby rozpocząć próbę. Szturchanie nosa wyzwala nadawanie sygnałów słuchowych. Po rozpoznaniu wskazówek szczury muszą przebiec na właściwą stronę komory, zbliżyć się do dźwigni, poczekać, aż dźwignia wysunie się do komory, a następnie popchnąć dźwignię w określonym oknie czasowym (czas aktywności dźwigni, 1 do 2 sekund), aby otrzymać nagrodę (Rysunek 3). Współczynnik trafień obliczono dla każdej wartości ΔF jako liczbę prób trafień podzieloną przez liczbę wszystkich prób dla każdej indywidualnej wartości ΔF. Zastosowano kryterium 75% współczynnika trafień, aby wskazać, że szczur nauczył się zadania. Typową krzywą uczenia się jednego szczura przedstawiono na rysunku 4A. Każda kolorowa linia przedstawia postęp uczenia się dla każdego ciągu impulsów o różnym ΔF (ΔF0 reprezentuje ciąg impulsów stałych). Średnio potrzeba było około siedmiu sesji treningu (zaczynając od pierwszej sesji prezentacji sygnałów słuchowych, Kroku 5 Treningu Wskazówek), aby osiągnąć kryterium 75% współczynnika trafień.

Ten system pozwala również na ilościową charakterystykę zachowania zwierząt podczas wykonywania zadania zaprojektowanego przez eksperymentatorów. Trzy pomiary, które są szeroko stosowane w badaniach behawioralnych na zwierzętach, przedstawiono na rysunku 4 B - D. Czas reakcji, odzwierciedlający głównie skupienie zwierzęcia na zadaniu, mierzono jako upływ czasu między nadejściem sygnału słuchowego a naciśnięciem dźwigni. Interwał między próbami, odzwierciedlający stopień zaangażowania zwierzęcia w zadanie, w którym zwierzę zainicjowało każdą próbę i nie został ukarany przerwą w fałszywym procesie, został naniesiony na wykres 4C. Czasowa zmienność wydajności w trakcie sesji, reprezentująca dynamiczne wzorce ogólnej wydajności zwierzęcia i odzwierciedlająca poprawę/adaptację, która może nastąpić w ciągu jednej sesji, została wykreślona na rysunku 4D. Każda sesja była podzielona na wczesny, środkowy i późny etap (10 minut na etap). W tym pomiarze wykorzystano skumulowaną liczbę nagród na każdym etapie.

Neuronalne podstawy kilku zachowań poznawczych (Rysunek 5A i patrz Dyskusja) mogą być również adresowane za pomocą tego systemu, rejestrując aktywność neuronalną zwierząt wykonujących zadanie. Przykłady aktywności neuronalnej rejestrowanej jednocześnie w jądrze podstawnym (NB) i brzusznym obszarze nakrywki (VTA) mózgu szczura pokazano na rycinach 5B i C. Odpalenia neuronów są oznaczane w czasie, aby odnosić się do każdego zdarzenia próby (takiego jak szturchanie nosem, naciśnięcie dźwigni, prezentacja i rozpoznawanie sygnałów słuchowych oraz faktyczne otrzymanie nagrody) i analizowane w odniesieniu do tych zdarzeń związanych z zadaniami behawioralnymi. Wyniki połączonego rejestrowania aktywności behawioralnej i neuronalnej za pomocą tego systemu będą owocne w wyjaśnieniu neuronalnych podstaw różnych zachowań poznawczych.

Rysunek 1. Główne elementy systemu (A) oraz schematyczny rysunek wykonanej na zamówienie słuchowej komory operacyjnej (B). ZA. Komora operacyjna znajduje się w dźwiękoszczelnym pomieszczeniu o podwójnych ścianach. Kliny z pianki bezechowej są zamontowane na ścianach pomieszczenia, aby wyeliminować rozpraszanie i ugięcie dźwięku. ZA: Komutator do prowadzenia przewodów do systemu rejestracji aktywności neuronalnej; b: Kamera wideo do monitorowania i nagrywania zachowań zwierząt; c: Dozowniki pelletu; d: Komora operacyjna. e: Odbiorniki podczerwieni. Ur. Komora operacyjna składa się z trzech akustycznie przezroczystych ścian i jednego modułowego panelu operacyjnego. Szczegółowe opisy można znaleźć w sekcji Tekst.

Rysunek 2. Schematyczny przegląd systemu. System składa się z dwóch podsystemów: treningu behawioralnego i systemu rejestracji aktywności neuronalnej. Oba podsystemy interaktywnie komunikują się ze sobą za pomocą impulsów TTL (szczegółowe informacje można znaleźć w Konfiguracji systemu). Czerwone strzałki reprezentują polecenia i/lub zdarzenia behawioralne wysyłane z komputera; Zielone strzałki oznaczają sygnały reakcji zwierzęcia przesyłane z powrotem do komputera; a niebieska strzałka reprezentuje sygnały wejściowe impulsów neuronalnych wykrytych online za pomocą systemu rejestrującego Neuralynx.

Rysunek 3. Zadanie dyskryminacji częstotliwości wyboru dwóch alternatyw. U góry, Diagram blokowy przedstawiający podstawową sekwencję zadań. Na dole, schematyczne przedstawienie głównych działań behawioralnych. Zielone strzałki wskazują sekwencyjny przebieg zadania.

Rysunek 4. Reprezentatywne wyniki zadania z dyskryminacją częstotliwości wyboru dwóch alternatyw. ZA. Krzywe uczenia się: Każda kolorowa linia reprezentuje postęp w uczeniu się szczura w rozróżnianiu każdej zmiany częstotliwości (ΔF). Ciemna linia reprezentuje uśrednioną krzywą uczenia się dla zmian częstotliwości. Ur. Rozkład czasu reakcji mierzony w upływach czasu od początku sygnału do naciśnięcia dźwigni. C. Rozkład interwału między badaniami. D. Temporalna dynamika wydajności w sesji mierzona skumulowanymi nagrodami uzyskanymi we wczesnej, środkowej i późnej fazie sesji. Wszystkie dane w B - D zostały uzyskane w ostatnim etapie, kiedy wydajność szczura przekraczała 75% wskaźnik trafień.

Rysunek 5. Przykład zachowań poznawczych i funkcji mózgu, które można badać za pomocą systemu. ZA. Zachowania poznawcze. Górne podpisy opisują każdą akcję w sekwencji jednej próby. Dolne podpisy wskazują zachowania poznawcze, które można badać. Zauważ, że obie dźwignie zostały wyciągnięte na wszystkich zdjęciach z wyjątkiem d, gdzie dźwignia jest w trakcie wysuwania do komory. Ur. Wzorce odpalania neuronu zarejestrowane w NB szczura wykonującego zadanie słuchowe dwuwyboru. Górny, rastrowy wykres obrazu strzelania w każdej próbie. Każdy kolorowy prostokąt reprezentuje wyzwalanie komórki, a szybkość wypalania jest kodowana przez kolor. Na dole, histogram okołozdarzeniowy szybkości wypalania. Zwróć uwagę na narastanie odstrzału przed akcją (naciśnięcie dźwigni w czasie zero mikrosekund, oznaczonym czerwoną przerywaną linią pionową) i stopniowe rozpraszanie się strzału po akcji. C. Wzorce odpalania neuronu zarejestrowane w VTA szczura wykonującego zadanie słuchowe dwóch wyborów. U góry, rastrowy wykres obrazu odpalania pojedynczego neuronu VTA w każdej próbie. Każdy kolorowy prostokąt reprezentuje odpalanie neuronu VTA, a jego szybkość wypalania jest kodowana przez kolor. U dołu, histogram okołozdarzeniowy szybkości wyzwalania pokazany na obrazie rastrowym. Zwróć uwagę na rzadkie strzelanie bezpośrednio przed naciśnięciem dźwigni (w czasie zero mikrosekund, oznaczonym pionową czerwoną linią przerywaną) i energiczne strzelanie w okresie, w którym szczur otrzymuje nagrodę. Aktywność tego neuronu jest praktycznie bezgłośna między tymi dwoma działaniami. Wolframowe stereotrody wszczepione do mózgu zostały użyte do jednoczesnego rejestrowania aktywności neuronalnej z NB i VTA, podczas gdy szczur wykonywał zadanie. Sortowanie kolców przeprowadzono w trybie off-line przy użyciu oprogramowania SpikeSort 3D Software (Neuralynx, Bozeman, MT).

Discussion

Krytycznym aspektem w projektowaniu każdego zadania słuchowo-behawioralnego jest eliminacja niepożądanych dźwięków wynikających z rozpraszania i odchylania w środowisku testowym. Słaba kontrola dźwięku może mieć znaczący wpływ na testowane zachowanie i przyniesie mylące lub nawet nieinterpretowalne wyniki. Komora behawioralna zastosowana w opisywanym tutaj systemie została specjalnie zaprojektowana tak, aby była akustycznie przezroczysta, aby uniknąć odchylania dźwięku od ścianek komory. Rzeczywiście, przy pomiarze ze środka komory, odchylenie dźwięku było praktycznie niewykrywalne (dane nie pokazane).

Chociaż opracowaliśmy ten system głównie do badania układu słuchowego, może być łatwo zaadaptowany przez innych badaczy do badania innych systemów sensorycznych. Modyfikacje można łatwo wprowadzać zarówno w oprogramowaniu, jak i sprzęcie do różnych zadań bez zmiany ogólnej konfiguracji systemu. Modułowy panel operacyjny sprawia, że system jest szczególnie wszechstronny, umożliwiając dodawanie i/lub zastępowanie różnych urządzeń do nowych zadań behawioralnych. Na przykład węchowe zadania behawioralne można wszczepić poprzez dostarczanie bodźca węchowego do urządzenia do szturchania nosa. Podświetlana ściana do wytykania nosa z bodźcem węchowym firmy MED Associates (ENV-115A-OF) może być łatwo zainstalowana na panelu operacyjnym w celu wykonania złożonych zadań węchowych. Ponadto wszystkie urządzenia operacyjne można łatwo wymienić na te, które są przeznaczone dla myszy bez zmiany konfiguracji systemu.

Precyzyjna kontrola czasowa każdego urządzenia operacyjnego, a także rejestrowanie pojedynczych zdarzeń w danej próbie w wysokiej rozdzielczości, umożliwiają dokładną manipulację urządzeniami w celu dostosowania projektu zadań behawioralnych do różnych funkcji poznawczych mózgu (patrz poniżej). W połączeniu z rejestracją aktywności neuronalnej, za pomocą tego systemu można badać bogatą gamę zagadnień z dziedziny neuronauk. Na przykład w opisanym powyżej zadaniu słuchowym w jednym badaniu można zbadać następujące pytania związane z funkcjami poznawczymi mózgu:

(1). Motywacja: Ponieważ każde badanie jest inicjowane przez "samomotywujące" się szturchanie nosem zwierzęcia (Rysunek 5A-a i Rysunek 3), motywacja może być zatem oceniana ilościowo, mierząc całkowitą liczbę prób przeprowadzonych przez zwierzę w danej sesji lub liczbę kolejnych przeprowadzonych prób^6,7.

(2). Uwaga: Kluczem do uzyskania nagrody w badaniu jest prawidłowe rozpoznanie sygnałów słuchowych. U około 25% szczurów, których nie można było wyszkolić do wykonywania tego zadania, głównym czynnikiem był brak zwracania uwagi na sygnały słuchowe. W przeciwieństwie do tego, u szczurów, które nauczyły się tego zadania, chwilowa przerwa w zachowaniu była widoczna podczas prezentacji sygnałów słuchowych (patrz Ryc. 5A-b i Ryc. 3). Korzystając z tego systemu, możliwe jest (i) badanie przesiewowe szczurów pod kątem "deficytów uwagi" i (ii) badanie neuronalnych mechanizmów uwagi w połączeniu z nagraniami neuronalnymi, podczas gdy zwierzę zwraca uwagę na sygnały słuchowe^8-10.

(3). Decyzja: Po rozpoznaniu sygnałów słuchowych zwierzę musi zdecydować, w którym kierunku się obrócić, aby zbliżyć się do właściwej dźwigni w ograniczonym oknie czasowym (ryc. 5A-c). Jest to zatem również skuteczny paradygmat do badania procesu podejmowania decyzji^11,12.

(4). Cierpliwość: Czas wysuwu dźwigni można kontrolować w taki sposób, że zwierzę musi czekać na dźwignię po dotarciu do miejsca, w którym dźwignia się wysunie (Rysunek 5A-d). Zmieniając długość oczekiwania, można przetestować i określić ilościowo stopień cierpliwości zwierzęcia¹³.

(5). Nagrody: Ostatecznym celem zadania jest uzyskanie nagrody (Rysunek 5A-e i Rysunek 3). Zadania behawioralne wykorzystujące ten system można zatem łatwo zaprojektować tak, aby badać wiele aspektów problemów związanych z nagrodą i decyzją oraz funkcji systemów^{wartości w mózgu}.